Тема: Перегонка и ректификация

Понятие о простой перегонке

Одним из наиболее распространенных методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или более компонентов, является перегонка{дистилляция и ректификация).

В основе разделения жидкостей путем их перегонки лежит различная летучесть жидкостей при одной и той же температуре.

Более летучая жидкость при нагревании смеси до температуры кипения переходит в парообразное состояние интенсивнее, чем менее летучая жидкость

Если смесь постепенна" нагревать, то при некоторой температуре начтет кипеть жидкость, имеющая более низкую температуру кипения и обладающая большей летучестью. Эту жидкость называют низкокипящим компонентом (НКК). При этой температура можно перевести в пар практически весь НКК, содержащийся первоначально в смеси. После этого остаток жидкости будет состоять из высококипящего компонента (ВКК), обладающего меньшей летучестью. Этот остаток называют кубовым остатком, а пары НКК после их конденсации в холодильнике называется дистиллятом.

Однако простая перегонка не дает возможности произвести полное разделение компонентов и получить их в чистом виде. Оба компонента являются летучими и, поэтому оба переходят в пары, хотя и в различной степени. Поэтому образующиеся при перегонке пары не представляют собой чистого НКК, поскольку он вследствие большей летучести испаряется в большей степени, чем ВКК, то пары обогащены НКК, по сравнению с содержанием его в исходной смеси, а в остатке, наоборот, содержание НКК ниже, чем в исходной смеси.

Перегонка чаще всего применяется для разделения бинарных смесей, т.е. смесей, содержащих два компонента. Состав таких смесей выражают в весовых или в молярных процентах.

Классификация бинарных смесей

В зависимости от взаимной растворимости компонентов различают смеси жидкостей:

1) с неограниченной взаимной растворимостью;

2) взаимно растворимые;

3) ограниченно растворимые друг в друге.

Смеси с неограниченной растворимостью компонентов в свою очередь делятся на:

а) идеальные смеси;

б) не идеальные смеси с положительным или отрицательным отклонением от закона Рауля.

1. Идеальные смеси - это смеси, в которых силы сцепления между молекулами обоих компонентов такие же, что и между молекулами каждого из компонентов.

2. С положительными отклонениями - в которых силы сцепления между молекулами НК и ВК меньше, чем между молекулами каждого из компонентов.

3. С отрицательными отклонениями - в которых силы сцепления между молекулами НК и ВК больше, чем между молекулами каждого из компонентов.

Примеры. 1 - Взаимно-нерастворимые смеси: вода и бензол. Бензол - НК, а вода - ВК. Ткип. Бензола + 80° С ниже, Ткип. Воды. Характерной особенностью взаимно-нерастворимых жидкостей(вода - бензол) является то, что Ткип. ее всегда ниже Ткип. каждого из компонентов. Смесь вода-бензол кипит при Т = 69° С.

2 - Взаимно-растворимые смеси: жидкий воздух состоит их НК азот

Ткип. - 196о С, ВК - кислород, Ткип. - 183о С. Смеси взаимнорастворимых жидкостей (смешивающихся в любых соотношениях), таких как этиловый спирт и вода, бензол и толуол, не всегда поддаются разделению путем перегонки. Некоторые из них образуют азеотропные смеси, т.е. такие смеси, у которых при определенной температуре состав паров будет таким же, как состав исходной смеси. При этой температуре смесь полностью испарится без разделения на компоненты. Азеотропная смесь образует, например, вода с азотной кислотой, вследствие чего невозможно получить концентрированную азотную кислоту из разбавленной путем простой перегонки. Концентрирование азотной кислоты производят путем перегонки с серной кислотой.

Смеси взаимнорастворимых смесей (жидких) поддаются разделению лишь в том случае, если Ткип. данной смеси изменяется при изменении ее состава, т.е. когда состав паров постоянно отличается от состава исходной смеси.

В этом случае перегоняемая жидкость постепенно обогащается ВК и Ткип. ее повышается.

Примером частично растворимых друг в друге жидкостей является смесь воды и эфира. Такие жидкости при условии взаимного насыщения и наличия избытка одной из жидкостей начинают вести себя как несмешивающиеся.

При этом они дают паровую смесь одинакового состава с постоянной точкой кипения, сохраняющейся до тех пор, пока одна из жидкостей будет в избытке.

Лекция №18